1、顺德演艺中心工程预应力管桩的施工和常见质量问题的处理作者：瞿明海 预应力混凝土管桩是采用离心脱水密实成型工艺原理，先张法施加预应力，达到规定的强度后放张预应力筋，再进行蒸压养护成形的一种预制混凝土桩。作为一种常见的桩型，预应力管桩具有强度高、承压性能好、施工速度快等特点，适用于一般黏性土及填土、淤泥和淤泥质土、粉土、非自重湿陷性黄土等土层中使用，大量应用于各种建筑的基础中。特别是沿海地区，由于软弱土层厚、持力层埋藏较深，更适合于采用预应力管桩作为建筑的桩基础。顺德演艺中心工程，分为大剧院、音乐厅、音乐学院副楼等三个子单位工程。其中大剧院地上五层、地下一层，局部三层，管桩总根数797根；音乐厅地
2、上三层，地下一层，管桩总根数144根；音乐学院副楼地上一层，管桩总根数146根。本工程地质条件复杂，根据勘察报告显示，地下岩层层面起伏大，软弱土层厚（主要为淤泥和淤泥质土），多半部位是通过软弱土层后直接进入岩层，没有中间环节。为此，管桩设计时，采取了特殊的桩尖，而不是常见的十字桩尖（详见后附施工图）。一、预应力管桩的材料要求一、预应力管桩的材料要求 1、品种规格、品种规格 按照混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩（PC）和预应力高强混凝土管桩（PHC）两种。按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型。按管桩外径分为3001000mm等规格，壁厚为60130mm。按管桩的外
3、观质量和尺寸偏差分为优等品、一等品和合格品。管桩标记符号：管桩品种类型外径壁厚长度 生产日期 例如：PHCAB80013012 2002.11.06 2、质量要求、质量要求 预应力管桩的质量必须符合国家标准和施工质量验收规范的规定，进厂时应附有出厂合格证。PC桩 的混凝土强度等级不得低于C50，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。预应力管桩的外观质量应符合下表的规定。预应力管桩的外观质量表预应力管桩的外观质量表 预应力管桩的尺寸允许偏差及检查方法应符合下表的规定。预应力管桩的尺寸允许偏差及检查方法预应力管桩的尺寸允许偏差及检查方法二、施工关键要求二、施工关键要求 1、技术关键要求、技术关键
4、要求 （1）场地应碾压平整，地基承载力不小于0.20.3MPa，打桩前应认真检查施工设备，将导杆调直。（2）按施工方案合理安排打桩路线，避免压桩及挤桩。（3）桩位放样应采用不同方法二次核样。桩身倾斜率应控制在：底桩倾斜率0.5，其余桩倾斜率0.8。（4）桩间距小于3.5d（d：桩径）时，宜采用跳打，应控制每天打桩根数，同一区域内不宜超过12根 桩，避免桩体上浮，桩身倾斜。（5）施打时应保证桩锤、桩帽、桩身中心线在同一条直线上，保证打桩时不偏心受力。（6）打底桩时应采用锤重或冷锤（不挂档位）施工，将底桩徐徐打入，调直桩身垂直度，遇地下障碍物及时清理后再重新施工。（7）接桩时焊缝要连续饱满，焊渣要
5、清除；焊接自然冷却时间应不少于1min，地下水位较高的应适当延长冷却时间，避免焊缝遇水如淬火易脆裂；对接后间隙要用不超过5mm钢片数填，保证打桩时桩顶不偏心受力；避免接头脱节。2、质量关键要求、质量关键要求 （1）PC桩一般采用常压蒸汽养护，一般要经过28d才可以运输使用。PHC桩一般脱模后进高压釜经10个大气压，180左右的高温高压蒸汽养护，从成形到运输使用的时间只需34d。因此，可根据实际工程的需要选择管桩类型，保证预应力管桩强度达到设计强度的100后才开始打桩。（2）严格管桩生产制作及养护工艺，认真按标准检查管桩各项指标，符合要求的才能使用，避免因管桩制作及养护工艺不当，混凝土龄期不够，
6、导致桩顶破碎以及桩身断裂。（3）对照地质资料及按设计及规范要求合理选用 施工机具，采用“重锤低击”的原则选用桩锤并控制打桩总锤击数，避免桩身混凝土产生疲劳破坏，桩身断裂。（4）根据施工的管桩尺寸按要求制作桩帽及送桩器，避免因桩帽和送桩器尺寸不合要求使桩顶破碎及桩身断裂。（5）管桩在运输、吊装及堆放过程中应正确叠放，轻起轻吊，避免使用前桩身就已经断裂，桩顶破碎。（6）施工管桩时要保证桩体的垂直度，避免桩身倾斜；保证桩锤、桩帽、桩身中心线在同一条直线上，避免因打桩时的偏心受力导致桩顶破碎，桩身断裂。三、施工工艺三、施工工艺 1、工艺流程、工艺流程 移至下一桩位中间检查验收打桩至设计持力层和贯入度送
7、 桩测量定位桩机就位第1节桩就位，对中调直接 桩第n节桩起吊，对中调直打 桩 2、操作工艺、操作工艺 （1）测量定位 根据设计图纸编制工程桩测量定位图，并保证轴线控制点不受打桩时振动和挤土的影响，保证控制点的准确性。根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位 控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样1020根桩位，在桩位中心点地面上打入一支6长约3040cm的钢筋，并用红油漆等标示。桩机移位后，应进行第二次核样，核样根据轴线控制网点所标示工程桩位坐标点（X、Y值），采用极坐标法进行核样，保证工程桩位偏差值小于10mm，并以工程桩位点中心，用白灰按桩径大小画一个圆圈，以方便插桩和对中。工程桩在
8、施工前，应根据施工桩长在匹配的工程桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。（2）桩机就位 为保证打桩机下地表土受力均匀，防止不均匀沉降，保证打桩机施工安全，采用厚度约23cm厚的钢板铺设在桩机履带板下，钢板宽度比桩机宽2m左右，保证桩机行走和打桩的稳定性。桩机行走时，应将桩锤放置于桩架中下部以桩锤导向脚不伸出导杆末端为准。根据打桩机桩架下端的角度计初调桩架的垂直度，并用线坠由桩帽中心点吊下与地上桩位点初对中。（3）管桩起吊，对中和调直 管桩应由吊车将桩转运至打桩机导轨前，管桩单节长20m转运采用专用吊钩勾住两端内壁直接进行水 平起
9、吊，管桩单节长20m应采用四点吊法转运。管桩摆放平稳后，在距管桩端头0.21L处，将捆桩钢丝绳套牢，一端拴在打桩机的卷扬机主钩上，另一端钢丝绳挂在吊车主钩，打桩机主卷扬向上先提桩，吊车在后端辅助用力，使管桩与地面基本成4560角向上提升，将管桩上口喂入桩帽内，将吊车一端钢丝绳松开取下，将管桩移至桩位中心。对中：管桩插入桩位中心后，先用桩锤自重将桩插入地下3050cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。调直：用经纬仪（直桩）和角度计（斜桩）测定管桩垂直度和角度。经纬仪应设置在不受打桩机移 动和打桩作业影响的位置，保证两台经纬仪与导轨成正交方向进行测定，使插入地
10、面时桩身的垂直度偏差不得大于0.5。（4）打桩 打第一节桩时必须采用桩锤自重或冷锤（不挂档位）将桩徐徐打入，直至管桩沉到某一深度不动为止，同时用仪器观察管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打，必要时，宜拔出重插，直至满足设计要求。正常打桩宜采用重锤低击，锤重根据设计图纸及地质钻探资料选择。打桩顺序应根据桩的密集程度及周围建（构）筑物的关系：a、若桩较密集且据周围建（构）筑物较远，施工场地开阔时宜从中间向四周进行。b、若桩较密集场地狭长，两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行。c、若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始，由近及远地进行。d、根据桩入土深
11、度，宜先长后短。e、根据管桩规格，宜先大后小。f、根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系，宜先高后低。（5）接桩 当管桩需接长时，接头个数不宜超过3个且尽 量避免桩尖落在厚粘性土层中接桩。管桩接桩，采用焊接接桩，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.51.0m。下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于1桩长。管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，存有缝隙，可用厚度不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。焊接时宜由三个电焊工在成120角的方向同时施焊，先在
12、坡口圆周上对称点焊46点，待上下桩 节固定后拆除导向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。焊接层数不得少于三层，采用普通交流焊机的手工焊接时第一层必须用3.2mm电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条（4mm或5mm）施焊；采用自动及半自动保护焊机的应按相应规程分层连续完成。焊接时必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层，坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须每层检查，焊缝应饱满连续，不宜有夹渣、气孔等缺陷，满足钢结构工程施工质量验收规范中二级焊缝的要求。焊接完成后，需自然冷却不少于1min后才可继续锤击，夏天施工时温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。
13、对于抗拔及高承台桩，其接头焊缝外露部分应作防锈处理。防锈处理可采用沥青漆涂刷，待焊缝稍冷却后开始涂刷，共涂刷两遍，每遍厚度约0.5mm，两遍涂刷间隔时间约为1min。涂刷在桩接头铁件上下桩身5cm的范围内。（6）送桩 根据设计桩长接桩完成并正常施打后，应根据设计及试打桩时确定的各项指标来控制是否采取送桩。送桩前应保证桩锤的导向脚不伸出导杆末端，管桩露出地面高度宜控制在0.30.5m。送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。在管桩顶部放置桩垫，厚薄均匀，将送桩器下口套在桩顶上，采用仪器调正桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同一直线上。送桩
14、完成后，应及时将空孔回填密实。（7）检查验收 在桩帽侧壁用笔标示尺寸，以厘米为单位，高度宜为试桩标准制定最后每阵贯入度的45倍。将经纬仪架设在不受打桩振动影响的位置上对管桩贯入度 进行测量。最后，用收锤回弹曲线测绘纸绘出管桩的回弹曲线，再从回弹曲线上量出最后三阵贯入度。当采用送桩时测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。根据设计及试打桩标准确定的标高和最后三阵贯入度来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。打桩过程中，遇下列情况之
15、一应暂停打桩，及时会同有关部门解决：a、贯入度突变；b、桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；c、桩身突然倾斜、跑位；d、地面明显隆起，临桩上浮或位移过大；e、PC桩总锤击数超过2000，PHC桩总锤击数超过2500；f、桩身回弹曲线不规则。（8）管桩基础工程验收程序 当桩顶设计标高与施工现场标高基本一致时，可待全部管桩施打完毕后一次性验收。当桩顶设计标高低于施工现场标高需要送桩时，在送桩前应进行质量评定；待全部管桩施工完毕并开挖到设计标高后，再进行竣工验收，绘制打桩工程竣工图。四、施工质量标准四、施工质量标准 1、施工前应检查进入现场的成品桩，接桩用电焊条等产品质量。2、施工过程中应检查桩的贯
16、入度情况、桩顶完整状况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间。重要工程应对电焊接头做10的焊缝探伤检查。3、施工结束后，应作桩体质量检验及承载力检验。4、先张法预应力管桩的质量检验应符合下页表的规定。预应力管桩质量检验标准预应力管桩质量检验标准 五、主要施工过程图片五、主要施工过程图片采用全站仪进行管桩定位放线 管桩吊车转运 管桩起吊对中 管桩施打 管桩焊接接桩 采用送桩器送桩 管桩焊缝 管桩接头铁件防腐 管桩焊缝磁粉探伤 管桩竖向静压承载力试验 管桩低应变检测试验 管桩高应变检测试验 管桩竖向抗拔静载试验 六、常见问题及处理方法六、常见问题及处理方法 预应力管桩施工即打即隐蔽的工程，出
17、现问题无法在施工完成之后再进行整改，只能采取补桩等措施补救，因此，必须在施工过程中严格控制质量，每一步骤都要按照标准严格进行。1、桩体倾斜、桩体倾斜 产生原因：（1）施打前未按要求双向校核垂直度。（2）遇有地下障碍物。（3）场地不平整，桩机底盘不稳固水平。防治措施：（1）施打前，应按要求在桩机的正方和垂直的管桩侧面双向架设经纬仪或线坠，垂直度满足要求（小于0.5L）后方可起锤，打入约1m左右再用仪器校 核一次桩的中心位置和垂直度，确认无 误后方可正常施打。（2）地下障碍物如果较浅，可以先将桩拔出，清除障碍物后，将坑填实填平，重新放点打桩；如果障碍物较深，无法处理，可会同监理、业主、设计院等单位
18、商议解决办法，更改桩位。本工程在施工和邻近本工程在施工和邻近工程交接处的桩基时，也出现了此类情况。由于邻近工程交接处的桩基时，也出现了此类情况。由于邻近工程基坑支护采用了水泥搅拌桩的形式，而且因为放工程基坑支护采用了水泥搅拌桩的形式，而且因为放 线偏差，进入了本工程的施工范围，因此在施工该范线偏差，进入了本工程的施工范围，因此在施工该范围管桩时，出现了几次桩体倾斜的情况，经过和业主、围管桩时，出现了几次桩体倾斜的情况，经过和业主、设计院协商，采用了更改桩位的方法进行施工。设计院协商，采用了更改桩位的方法进行施工。（3）场地应平整坚实，一般不宜大于9，符合桩机行走条件。桩机下方应垫好枕木，保持桩
19、机底盘稳固水平。2、焊缝不饱满，接桩处开裂、焊缝不饱满，接桩处开裂 产生原因：未按规定进行焊接作业，未分层焊接。防治措施：（1）接桩前，对连接部位上的杂质、油污、水份等必须清理干净，保证连接部件清洁。（2）接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预 埋件应平整服贴。焊接层数不得少于三层，焊接时必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层，坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm。3、贯入度剧变、贯入度剧变 产生原因：（1）地质情况不明，地下存在有空洞、溶洞、夹层、古墓等。（2）地下持力岩层起伏大。（3）桩身破碎断裂。防治措施：（1）在施打过程中，出现贯入度突然变大的情况，应立即停止施工，会同监理、业主、
20、设计院等单位研 究处理，可采取超前钻等方法，先探明桩位处的地质情况，将空洞、溶洞等先用中砂或粘土等填塞密实后再重新打桩，或改用其他形式的基础处理方法。（2）在即将收锤时，遇到贯入度突然加大的情况，一般均因地下持力岩层起伏大导致桩身折断或桩身自自身破碎造成的。这种情况下，采用从桩身内孔吊灯和吊重物检查桩身的完整看是由何种原因造成。如是因地质起伏大造成的，则需采用特殊桩尖，采用嵌岩力强的桩尖进行施工。本工程就是因为地质本工程就是因为地质起伏大，也出现了几根桩在施打过程中桩身破碎断裂起伏大，也出现了几根桩在施打过程中桩身破碎断裂的情况，这是由于桩尖在嵌岩过程中，顺着岩面滑落的情况，这是由于桩尖在嵌岩
21、过程中，顺着岩面滑落导致桩身折断。导致桩身折断。桩身自身破碎的防治，则需对进场的管桩质量进行检查，采购质量合格的管桩。管桩桩身强度必须达到100时方可使用。同时，在施打过程中，要控制好总锤击数，PC桩总锤击数不得超过2000击，PHC桩总锤击数不得超过2500击。4、地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大、地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大 产生原因：（1）桩基础密集，土饱和密实，桩间距较小，在沉桩时土被挤到极限密实度而向上隆起，相邻的桩被浮起。（2）在软土地基施工较密集的群桩时，由于沉桩引起的孔隙水压力把相邻的桩推向一侧或浮起。防治措施：（1）采用“植桩法”（先钻孔，钻透硬夹层，将桩插入孔内，打至设
22、计要求）以减少土的挤密及孔隙水压力的上升。（2）采用开口型桩尖，让部分土体进入桩空腔内，减少土体挤密；同时采用“跳打法”施工，控制每天打桩根数，同一区域内不宜超过12根桩。本工程在大本工程在大剧院处有一个剧院处有一个105根桩的承台，就是采取了这种方法，根桩的承台，就是采取了这种方法，避免了这种情况的发生。避免了这种情况的发生。（3）采用井点降水、砂井或盲沟等降水或排水措施。（4）沉桩期间不得同时开挖基坑，沉桩完毕后 相隔适当时间方可开挖，相隔时间应视具体地质情况、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙水压力消散情况来确定，一般应在两周左右。5、桩身断裂、桩身断裂 桩在沉入过程中，桩身突然倾斜
23、错位，桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度突然增大。产生原因：（1）桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入过程中桩身发生倾斜或弯曲。（2）桩入土后，遇到大块坚硬的障碍物，把桩尖挤向一侧。（3）稳桩不垂直，打入地下一定深度后，再用走 架方法校正，使桩身产生弯曲。（4）两节以上桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。（5）制作桩的砼强度不够，桩在堆放、吊运过程中产生裂纹或断裂未被发现。防治措施：（1）施工前应对桩位下的障碍物清理干净，必要时对每个桩位用钻探了解。对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定（L/1000）或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。（2）在稳桩过程中如发
24、现桩不垂直应及时纠正，桩压入一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移架方法 来校正。接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行。（3）桩在堆放、吊运过程中，应严格按照有关规定执行，发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用。6、桩顶掉角、碎裂、桩顶掉角、碎裂 产生原因：（1）预制的混凝土配比不良，施工控制不严，振捣不密实或养护时间短，养护措施不足 （2）桩顶面不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层过厚。（3）桩顶与桩帽的接触面不平，桩沉入时不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶面局部受集中应力而掉角。（4）沉桩时，桩顶衬垫已损坏，未及时更换。（5）桩锤过大，跳动过高 防治措施：（1）桩制作
25、时，要振捣密实，桩顶的加密箍筋要保证位置准确；桩成型后要严格加强养护。（2）沉桩前应对桩构件进行检查，检查桩顶有无凹凸现象，桩顶面是否垂直于轴线，桩尖有否偏斜，对不符合规范要求的桩不宜使用，或经过修补等处理后才能使用。（3）检查桩帽与桩的接触面处是否平整，如不平整应进行加垫等处理才能施工。（4）沉桩时稳桩要垂直，桩顶要有衬垫，如衬垫 失效或不符合要求时要更换。（5）施工时应根据地质条件，桩断面尺寸及形状，合理选择桩锤。并采用“重锤低击”的方法，严格控制桩锤的跳动高度，禁止高起高落。7、沉桩达不到要求、沉桩达不到要求 管桩是以最终贯入度和最终桩长作为施工最终控制，一般情况下，以最终贯入度控制为主
26、，结合以最终桩长控制参数，有时沉桩达不到设计的最终控制要求。产生原因：（1）勘探点不够或勘探资料粗，对工程地质情况不明，尤其是对持力层起伏标高不明，至使设计考虑 持力层或选择桩长有误。（2）勘探工作是以点带面，对局部硬夹层、软夹层不可能全部了解清楚，尤其在复杂的工程地质条件下，还有地下障碍物，如大块石头、混凝土块等。压桩施工遇到这种情况，就会达不到设计要求的施工控制标准。（3）以新近代砂层为持力层时或穿越较厚的砂夹层，由于其结构的不稳定，同一层土的强度差异很大，桩沉入到该层时，进入持力层较深才能达到贯入度或容易穿越砂夹层，但群桩施工时，砂层越挤越密，最后会有沉不下的现象。防治措施：（1）详细探
27、明工程地质情况，必要时应作补勘，正确选择持力层或标高。（2）根据工程地质条件，合理地选择施工方法及压桩顺序。8、先打桩后挖基坑，桩的处理方法、先打桩后挖基坑，桩的处理方法 在部分有地下室的工程中，由于基坑不大，开挖后无法进桩机施工管桩基础，只能采取先打桩后挖基坑的方法进行施工。在本工程中也有部分桩采取了这在本工程中也有部分桩采取了这种办法。种办法。施工时，坑内的桩尽可能采用长送桩器送至基坑底部，但因地质情况不明确，部分仍不可避免高出基坑底部。为此，在开挖前，应表明高出的部分桩的位置，开挖时采取环向开挖的方法，以保持高出的部分 桩四周的土体开挖基本上在同一个平面位置。不得先在一侧开挖，使桩两侧的
28、土体形成一个落差很大的土壁。这样容易使土的侧压力过大导致桩体倾斜，甚至断桩。在基坑上口和基坑壁的桩，由于不可避免的形成两侧土体高差过大，容易将桩挤偏挤断，必须采取措施进行预防。一方面，采取保险系数较大的基坑支护方法，降低基坑壁的水平位移；另一方面，可以在该部分管桩上口采用钢丝绳、钢筋等拉结，牵拉至后方不受基坑土方影响的位置上锚固，抵消部分土体侧压力。在本工程中，由于基坑开挖时采用大包干的方式在本工程中，由于基坑开挖时采用大包干的方式进行的，采取保险系数大、刚性大的基坑支护方法对进行的，采取保险系数大、刚性大的基坑支护方法对成本控制不利，为此，采用了第二种方法对管桩进行加成本控制不利，为此，采用
29、了第二种方法对管桩进行加固处理。如下图所示：固处理。如下图所示：钢丝绳管桩9、施工完成后，桩身检验出现桩质量问题的处理、施工完成后，桩身检验出现桩质量问题的处理 管桩基础的检验，一般是在施工完成后进行的，此时，检验出了桩身质量问题，就比较难进行处理了。在本工程中，主要是采取和设计院联系，单独对该桩的承载力进行验算，如果承载力满足要求，则不再进行补打处理。否则，还是需要进行补打。如大剧院502#桩，抗拔试验抗拔力只能达到846kN，而设计承载力为570kN，特征值为470kN，未达到试验规范要求（2倍特征值）。经设计院验算，承载力满足要求，不需另补桩。经过上述的预防、控制和处理，本工程施工除因地质情况影响出现6根桩断桩外，就只是一根桩抗拔 力不足，不合格率少于1，补桩后均能满足要求。经过验收，获得了业主、监理、设计院的一致好评，质量优良。The end
